Sistemas Gráficos e Modelos Cap 1

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1 Sistemas Gráficos e Modelos (Cap. 1) Criação de Imagem Instituto Superior Técnico, 2006/ Interior com Reflexos Componentes Hardware: Processadores Gráficos Software: Núcleos Gráficos Aplicações: Modeladores 3 4 Sistema Gráfico Básico Unidade Vectorial Interface c/ unidade de processamento central ( host ) Comandos de visualização Dados de interacção Memória de refrescamento.. MOVE LINE CHAR Lucy LINE.. JMP Controlo de de Ecrã Lucy 5 6 1

2 TEK 4010 Graphics CRT 7 8 Funcionamento Unidade de Quadrícula Interface c/ unidade de processamento central ( host ) Comandos de visualização Dados de interacção Memória de refrescamento Controlador de Ecrã Controlador de Vídeo Rato Teclado 9 10 Ecrã Plano Quadrículas

3 Plotters HP9862A Calcomp 563 Vectorial vs. Quadrícula Uns têm Pontos na imagem (pixéis) Resolução descontínua provoca aliasing Nº de cores variável (mas enorme) Outros têm Dimensões em unidades de comprimento Resolução contínua não há aliasing Número de cores normalmente limitado HP7475A Impressoras... A Computação Gráfica (1955) SAGE, Semi-Automatic Ground Environment (monitorização e controlo com CRT e caneta luminosa (light-pen)) A Computação Gráfica Interactiva (1963) O Rato (Douglas Engelbart) Ivan Sutherland e o Sketchpad

4 Contribuições Contribuições (cont) 1970 Ecrãs sensíveis ao toque 1970 Primeiras Bibliotecas Gráficas Alan Kay inventa o conceito de Manipulação Directa Norma ANSI CORE 1982 Criação da SGI, Silicon Graphics Incorporated, (Estação Gráficas, OpenGL, VRML) Criação da AutoDesk (AutoCAD, MapGuide, 3D Studio Max) Nomeação para um Óscar do filme Luxo Jr. da Pixar CG: CG Hardware especializado (VLSI) Normas de facto (PHIGS e RenderMan) Gráficos em rede (X-Windows e News) Human-Computer Interface (HCI) OpenGL API Filmes completos gerados por computador (Toy Story) Novas Capacidades do Hardware Mapeamento de texturas Vários tipos de buffers CG: Associações Foto realismo Placas e Processadores Gráficos Nvidia, ATI, 3DLabs Consolas de Jogos Aplicações Gráficas na Indústria: Maya, Lightwave Pipelines Programáveis (GPUs) 1967 SIGGRAPH do ACM, The Special Interest Group on Computer Graphics and Interactive Techniques Fundação do Eurographics

5 Qualidade das Imagens Formação da Imagem Modelação Iluminação Câmara Sombreamento Mapeamento Bump Mapping Materiais Sombreamentos Modelação Paralelepípedo Formas Primitivas Básicas Esferas Cones Cilindros etc. Objectos Compostos (Transformações) Objectos Paramétricos Texto Cones Cilindros

6 Esfera Polígonos Blobs Blobs Superfície > Força = Campos de Alturas Objectos de Revolução

7 Superfície Paramétrica Texto VRML - Visualizar um Cone Objectos Compostos #VRML V2.0 utf8 Shape {geometry Cone {} } Transformações Translação

8 Avatar Estrutura em árvore Matrizes de Transformação Definição de Vistas Posicionar a Câmara Iluminar a Cena

9 Fonte de Luz Pontual Fonte de Luz não Pontual SpotLight Espectro Electromagnético Luz Distribuição da Energia Radiação Electromagnética Cor versus Energia versus Espectro Arco Íris Frequências Discretas e Contínuas Óptica geométrica: Intensidade fixa Raios lineares

10 Raios e Materiais Cálculo da Imagem Espelhos Plásticos Transparentes Refracções Uma cor (frequências contínuas) Cálculos de Intersecções Incremento de Realismo Câmara Pinhole Ray-Tracing (múltiplas intersecções) Radiosidade (conservação de energia e materiais que dispersão a energia luminosa) Angle of View Características Origem do Sistema de Eixos Comprimento de campo infinito (foco) Mas Quantidade de energia luminosa Ângulo fixo Lente

11 Sistema Visual Percepção Visual Resolução (proximidade entre 2 pontos) Cones e Bastonetes Três tipos de cones -> três cores primárias Sensibilidade Espectral Câmara Sintética gama ro sensiblidade [% ] beta comprimento de onda [nm] Projecção Princípios Modelos versus Visualização Posição do plano de visualização Planos de Recorte Recorte Janela versus Viewport

12 Necessidade de Recorte Operação de Recorte Viewport Interface de Programação PostScript ou Logo API Tridimensional moveto (0, 0) lineto (5, 0) lineto (5, 5) lineto (0, 5) lineto (0, 0) Objectos Vista(s) Fontes de Luz Propriedade dos Materiais Desenho de?

13 Polígono em OpenGL glbegin (GL_POLYGON) glvertex3f (0.0, 0.0, 0.0); glvertex3f (0.0, 1.0, 0.0); glvertex3f (0.0, 0.0, 1.0); glend ( ); Câmara Sintética Posição Orientação Comprimento Focal Superfície de Visualização Desenho de? Especificações Relação Modelo Vista Vários tipos de projecções Ortográfica Perspectiva Obliqua Perspectiva 2 pontos de fuga Arquitecturas Gráficas Processadores de desenho Pipeline Pipelines Programáveis

14 Processadores de Desenho Pipeline Mesmas Operações Tempo de Latência Processamento de Vértices Recorte e Primitivas Transformação de Coordenadas Projecções Concatenação de Matrizes Definição da Cor Assemblagem de Primitivas E os vértices? Volume de Recorte Algoritmos de Recorte Discretização Processamento dos Fragmentos Primitivas Recortadas (vértices) Transformação em Fragmentos Quadrícula potencial Cor Localização Profundidade Objectivo: escrever uma cor numa posição do framebuffer Só se não: Existirem fragmentos a ocultarem-no For aplicada uma textura For translúcida For recortada

15 Pipelines Programáveis Desempenho e Funcionalidades Pipeline convencional tem funcionalidade fixa Processador de Vértices e de Fragmentos não se podem programar Processador de Vértices Aplicação fornece uma base temporal: Animação de uma primitiva, por exemplo um movimento sinusoidal Morphing Sistema de Partículas Morphing Sistema de Partículas Base temporal (aplicação) Posição inicial Velocidade inicial Processamento de Fragmentos Sumário Formação da Imagem Independência do Modelo e das Vistas Câmara Sintética Interacção entre Energia Luminosa e os Modelos Arquitecturas Gráficas

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